1-Concept_radiomobile.pdf

MASTER PRO 2 EN TELECOMMUNICATIONS
PLANNIFICATION ET INGENIEURIE
DES RESEAUX DE TELECOMS
Séquence 1 : CONCEPT RADIOMOBILE
Equipe des concepteurs :
- Emmanuel TONYE
- Landry EWOUSSOUA
Le contenu est placé sous licence /creative commons/ de niveau 5 (Paternité, Pas d'utilisation commerciale, Partage des conditions initiales à
l'identique)..
REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix - Travail – Patrie
---------------------
UNIVERSITE DE YAOUNDE I
----------------------
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
POLYTECHNIQUE
----------------------
REPUBLIC OF CAMEROUN
Peace - Work – Fatherland
--------------------
UNIVERSITY OF YAOUNDE I
--------------------
NATIONAL ADVANCED SCHOOL
OF ENGENEERING
--------------------

2
Les réseaux cellulaires
n Principe = permettre l ’extension de la zone
géographique couverte et l ’augmentation
du nombre d’utilisateurs
n Caractéristiques :
– liaisons duplex
– E/R omnidirectionnel
– 1 sous-réseau fixe de points d ’accès (cellules)
n Applications
– la téléphonie mobile, les réseaux radio

3
les systèmes grand public
n Systèmes cellulaires
– 1970, développement des systèmes analogiques
n Systèmes sans cordon
– Débute dans les année 80, dépasse le téléphone
fixe
n Messagerie unilatérale
– Débute dans les années 1990, en cours de
disparition

4
n AMPS : Advanced Mobile Phone Service
– USA
n HCMTS : High Capacity Mobile Telephone System
– Japon
n NMT : Nordic Mobile Telephone system
– Pays scandinaves
n Radiocom 2000
– France
n TACS : Total Access
Communications Systems
– Angleterre
n C450
– Allemangne
Etc...
ANALOGIQUE

5
n GSM, DCS, IS95, IS98
– Grand public
n TETRA/TETRAPOL
– Professionnel
n MOBITEX
– WAN
NUMERIQUE
n DECT, PHS
– Sans cordon
n 802.11b
– LAN

6
En savoir plus...
– Radiocommunications
n Wireless Communications, Theodores Rappaport, Prentice Hall
(1996).
n Antennas and propagation for Wireless Communication systems,
Simon Saunders, Wiley (1999).
– Réseaux radio-mobiles
n réseaux radiomobiles, Sami Tabbane, HERMES
n réseaux GSM/DCS, Lagrange, Godlewski & Tabbane, HERMES
– wLAN
n mobile communications, Jochen Schiller, Addison-Wesley (2000)
n Wireless LANs, Jim Geier, SAMS (2001).

7
Plan général
I. Principe des réseaux cellulaires
II. Caractéristiques des ressources radio
III. Partage des ressources
IV.Ingénierie cellulaire

8
– 1. Concepts de base
– 2. Modèle théorique : la grille hexagonal
– 3. Environnement réel
– 4. Synthèse
I- Pincipes des réseaux cellulaires

9
– A) Architecture fixe (core network)
n les faisceaux hertziens
I-1. Concepts de base

10
– Architecture logique (GSM)
EIR
EIR
VLR
VLR
HLR
HLR AUC
AUC
GMSC
GMSC
ISC
ISC
MSC
MSC
OMC
OMC
BSC
BSC
BSC
BSC

11
n B) Bilan de liaison
– affaiblissement logarithmique
– omnidirectionnel
– symétrique

12
n Propagation, modèles
n bilan de liaison
n affaiblissement en espace libre, avec sol
n Affaiblissements complémentaires
– diffraction, absorption (murs, obstacles, …)
,...)
( f
PL
G
G
P
P R
T
T
R −
+
+
=
)
(
log
20
22
)
,
( 10
λ
d
f
d
PL ⋅
+
=
R
T h
h
d
d
PL log
20
log
20
log
40
)
( −
−
=

13
n
mW
mW
d
d
d
P
d
P 





⋅
= 0
0 )
(
)
(








⋅
⋅
−
=
0
0 log
10
)
(
)
(
d
d
n
d
P
d
P dBm
dBm
Loi d’affaiblissement
2<n<4

14
n C) Seuil de réception
– bruit du récepteur :
– seuil de réception

15
n Propriétés du bruit AWGN lié aux systèmes
électroniques de réception
Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W
Marge de réception (SNR) : XdB relativement au bruit
Exple en GSM :
κ=1.38.10-23 J/K
Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin)
dB
SNR
dBm
nW
N 9
;
120
10 6
≥
−
≈
≥ −

16
-90dBm
-120dBm
n D) Interférences

17
– 2 contraintes
N
I
S
SINR
I
N
C
+
≥
=
+
N
I
S
SNR
N
C
+
⋅
≥
= 2 N
I
S
SIR
I
C
+
⋅
≥
= 2
dB
S
S
N
C
N
I
N 3
+
=
≥ + dB
S
S
I
C
N
I
I 3
+
=
≥ +
Soit en dB :

18
n E) Affectation des ressources
– k ressources, N cellules (nœuds)

19
– coloriage de graphes, k-couleurs.

20
– répartition statique ou dynamique

21
– 4. Synthèse
I- Principes des réseaux cellulaires

22
I-2. La grille hexagonale
n A) Choix d’un modèle
– problématique :
n théorique = espace libre = isotrope.
n Structure régulière = voisinage homogène
n 1 cellule = k voisines équidistantes

23
n A) Choix d’un modèle
– solutions :
3-connexité
>12 voisines
4-connexité
>8 voisines
6-connexité
>6 voisines
Positionnement de cercles
avec recouvrement minimal

24
n B) Zone de service
– hexagonale
n définition :
– le plus fort signal

25
n C) voisinage
– au sens réseau :
recouvrement (6)
– au sens signal :
brouillage (>6)

26
– 4. Synthèse

27
d1
d
d
Reflection Diffraction
Scattering Absorption guided wave
Multiple diffraction
d
d2
d1
d2
d2
d1
d1
©J-F
Wagen
(jean-frederic.wagen@swisscom.com)
I-3 Environnement réel
n A) Effets de propagation

28
C/I>Seuil
Recouvrement
– B) Zone de services de la cellule

29
n Définition de la zone de service
– C/N>limite : Pr >Pseuil (-96dBm)
(dépend de la puissance d’émission)
– C/I > limite
I=IIS+IIF+IIC
– distance<dist_max
temps AR.
– BER<limite (<10-3)
définir la QoS

30
– C) Graphe associé
n k cellules voisines
– (recouvrement)
n n cellules brouillées
– graphe non régulier,
– zones de services non uniformes
n objectif : se rapprocher d’une répartition
équitable.

31
– 4. Synthèse

32
– A) modèle théorique de référence : hexagonal
– B) modèle réel est défini par :
n sa zone de service
n sa zone de brouillage ou interférences
n 2 graphes sous-jacent :
– voisinage au sens réseau (recouvrement)
– voisinage au sens signal (interférences)
– C) objectif :
n répartir des ressources de façon optimale
I-4 Synthèse

33
Plan général

34
– 1. Le spectre radio
– 2. Principes de modulation
– 3. Notion de bruit
– 4. Capacité de canal
– 5. Interférences
– 6. Synthèse
II-Caractéristiques des ressources
radio

35
– Exemples d’utilisation de la bande UHF
– Applications :
n diffusion TV
n radiomobiles
n faisceaux hertziens
n satellites
n surveillance radar
n GPS
II-1. Le spectre radio
0.3 0.45 0.6 0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95 2.1 2.25 2.4 2.55 2.7 2.85 3
f (GHz)
TV (IV, V) GSM DCS
DECT
IMT

36
– 6. Synthèse
radio

37
– A) signal en bande de base
n signal bipolaire
n signal M-polaire
II-2. La modulation
1 0 1 0 1 1
10 00 01 00 11 01
Ts=k.Tb
M=2k
Rb=k.Rs

38
– B) Propriétés spectrales
n spectre d’un symbole
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence (MHz)
amplitudes
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
0.5
1
temps (µsec)
amplitude
∆f=2/T (lobe principal)
∆f=1/T (lobes secondaires)
II-2. La modulation

39
– B) Propriétés spectrales
n spectre d’un symbole
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence (MHz)
amplitudes
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
0
0.5
1
temps (µsec)
amplitude
∆f=2/T (lobe principal)
∆f=1/T (lobes secondaires)
II-2. La modulation

40
– C) modulation
1 0 1 0 1 1
porteuse
modulant
d’amplitude
de fréquence
de phase
II-2. La modulation

41
– Modulation sur 2 porteuses en quadrature
osc.
sI(t)
mI(t)
sQ(t)
mQ(t)
sRF(t)
90°
( ) ( )
t
f
t
m
t
f
t
m
t
s Q
I
RF 0
0 2
sin
)
(
2
cos
)
(
)
( π
π ⋅
+
⋅
=
Q
I
II-2. La modulation

42
– D) Constellations
( ) ( )
t
f
t
m
t
f
t
m
t
s Q
I
RF 0
0 2
sin
)
(
2
cos
)
(
)
( π
π ⋅
+
⋅
=
II-2. La modulation

43
– Autres représentations
II-2. La modulation

44
– E) Spectre après modulation
m(f)
f0
s(f)
f0
-f0
II-2. La modulation

45
f
f1 f2 f3 f4
Voie 4
f
Voie 3
Voie 2
Voie 1
f1
f2
f3
f4
Canal
– F) Multiplexage fréquentiel
II-2. La modulation

46
La distance entre porteuses est estimée en fonction d’un
taux d ’interférences acceptable
Le taux d’interférences engendre un taux d’erreur variable
en fonction de la modulation choisie
distance ???
II-2. La modulation

48
– G) Réduire l’occupation spectrale
-Rs/2 f0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
-4Ts -3Ts -2Ts -Ts 0 Ts 2Ts 3Ts 4Ts
0
0.5
1
temps
amplitude
Durée symbole : Ts
Largeur spectrale : infinie
II-2. La modulation

49
– G) Réduire l’occupation spectrale
0
0.5
1
temps
amplitude
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
Durée symbole :
infinie
Largeur spectrale : Rs.
II-2. La modulation

50
– G) Compromis : durée/occupation spectrale
0
0.5
1
temps
amplitude
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes
Durée symbole :
infinie
Largeur spectrale : 1,6Rs.
II-2. La modulation

51
– 6. Synthèse
radio

52
– A) Le bruit AWGN
n bruit lié aux systèmes électroniques de réception
II-3. Notion de bruit
Puissance du bruit : N=κ.T°.W=N0.W
Energie sur une période : EN=N0.W.Ts
0 T
temps
Remarque : si modulation idéale : Ts=1/W.
alors, EN=N0.
On exprime souvent la qualité d’un système en fonction de Eb/N0.
κ=1.38.10-23 J/K
Tk = 290 K (en réf. , T° en Kelvin)

53
n Pour connaître la capacité de canal, il faut estimer le
rapport signal à bruit : SNR.
– Propriétés du signal en émission :
Puissance d’un symbole émis :
Sk=Ak
2 /2
Energie ‘bit’ reçue :
Eb=Ak
2.Tb /2
0 T
temps
Ak
Rem : tenir compte de l ’affaiblissement de propagation

54
– Taux d ’erreur théorique d ’une BPSK sur un canal AWGN
avec le démodulateur optimal :
( )
2
2
0
2
x
x
e
2
1
)
x
(
p σ
−
−
σ
π
=
CNA
m(t)
n(t)=nI(t)+jnQ(t)
ak âk
∫
T
dt
0
)
1
a
(
P
)
1
a
/
1
â
(
P
)
1
a
(
P
)
1
a
/
1
â
(
P
))
k
(
err
(
P k
k
k
k
k
k −
=
⋅
−
=
=
=
⋅
=
−
=
= +
u
0
( ) ∫
∞
−
⋅
π
=






σ
⋅
=
<
x
u
0
du
e
2
x
erfc
;
2
x
erfc
2
1
)
0
x
(
p
2

55
n Nombre théorique d’états possibles :
– sur 2 porteuses :
SNR
M +
= 1
SNR
M +
=1
'
Q
I

56
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
Eb
/N0
(dB)
BER
probabilité d'erreur
BPSK
QPSK
DPSK
FSK
GMSK

57
– 6. Synthèse
radio

58
– A) Capacité de canal : définition
n la capacité d ’un canal est le débit maximal
admissible soit :
– sans erreur (théorique)
– pour un taux d’erreur donnée (pratique)
n la capacité est égale au produit du débit symbole
maximal par le nombre de bits/symbole.
)
max(
)
max( Nb
R
C s ⋅
=
II-4. Capacité de canal

59
– B)Valeur théorique
n La capacité de Canal (Shannon-Hartley) :
– le débit symbole max : Rs=W (symbole=sinus cardinal)
– le nombre de bits par symbole : Nb=log2(1+SNR)
– dans un canal à bruit additif gaussien, il est possible de
trouver une méthode de codage, telle que pour tout
RbóC, la transmission soit sans erreur
( )
SNR
W
C +
⋅
= 1
log2
SNR : rapport des puissances entre signal et bruit

60
– C)Valeur expérimentale
n La capacité de Canal pour un système donné :
– le débit symbole max : Rs ~1,6.W (dépend de la qualité
de la modulation, et des contraintes imposées en terme de
largeur spectrale : bande à -3dB, -10dB, etc...)
– le nombre de bits par symbole dépend du taux d ’erreur
acceptable : Nb=f(SNR) (cf. courbes précédentes)
– La capacité est donnée par le produit des 2.

61
– 6. Synthèse
radio

62
– A)Interférences co-canales (spatial)
II-5. Interférences
dB
SIR
I
C
3
+
≥
Icc :

63
– B) Interférences canaux adjacents (fréquentiel)
Ica :
?

64
– C) Interférences inter-symboles (temporel)
Iis :

65
– D) Calcul d’interférences sur 1 cellule
IS
cell
V
s s
j
kj
incell
j
kj
cell
C
s
s
k
k
IS
CA
CC
k
I
I
I
I
I
I
I
I
+








+
+
+
+
=
∑ ∑
∑
∑ ∈ ∈
∈
∈ )
(
)
(
)
(
,

66
– 6. Synthèse
radio

67
– A) propriétés
n la capacité d ’un lien radio est limitée par la largeur
de bande du lien et le SNR admissible en réception.
n Le SNR admissible en réception dépend du taux
d ’erreur acceptable et de la modulation choisie.
n Le bruit résulte des propriétés du récepteur
(sensibilité) mais également des interférences
fréquentielles, temporelles et spatiales. L ’ensemble
doit être pris en compte pour déterminer la qualité
du lien radio.
II-6. Synthèse

68
II-6. Synthèse
– B) Exemple
Icc :

69
– C) application : le GSM
n vitesse de modulation Rb=271kb/s.
– (4 états sur 2 porteuses, modulation GMSK)
– occupation spectrale ~200kHz.
n Taux d ’erreur recquis :
– SNR=9dB
II-6. Synthèse
0 2 4 6 8 10 12
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
E
b
/N
0
(dB)
BER

70
– Spectre GSM
-400 -200 0 200 400 f(kHz)
II-6. Synthèse

71
II-6. Synthèse
n Interférences canaux adjacents :
-400 -200 0 200 400
Marges
prévues :
18dB
50dB

72
Plan général

73
– 1. Modes de partage
– 2. Techniques d ’accès multiples
– 3. Cas particulier : CSMA/CA
– 4. Synthèse
III-Partage des ressources

74
– A) Attribution de ressources globales
n la bande de fréquence est choisie en fonction :
– de la portée voulue.
– de la capacité souhaitée.
– GSM : 890-915/935-960 MHz
• (GSM étendu : 880-915MHz, 925-960MHz)
– DCS1800 : 1710-1785/1805-1880 MHz
– DECT : 1880-1900MHz
– wLAN : ISM ~2,4GHz
III-1. Modes de partage

75
– B) Duplexage (voix montantes/descendantes)
n duplexage en fréquence (FDD
: frequency division duplexing)
f
Écart duplex
Intérêt : permet d’éviter les interférences entre lien montant et lien
descendant (signal en réception <<signal en émission)

76
n Duplexage en temps (TDD : time division duplexing):
voix montantes/descendantes
t
Partage temporel
Intérêt : un seul canal fréquentiel à gérer
rem : attention aux interférences entre lien montant et lien
descendant

77
– C) Partage entre sous-réseaux
n Approche centralisée :
– réserver des ressources spécifiques à différents opérateurs
– GSM, UMTS, IS-95 : bandes spécifiques à chaque
opérateur =multiplexage fréquentiel.
n Approche partagée
– wLAN, DECT : mêmes bandes pour tous.
• Nécessite une technique pour limiter les interférences
( codes aléatoires, saut de fréquence, …).
• Interférences non contrôlables, QoS non garantie.

78
n Partage entre opérateurs pour le GSM
(représentation pour les fréquences montantes)
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
Bouygues
1710 1725
f (MHz)
Itinéris /SFR
890 915
Bouygues
1710 1725
880
sncf
876
f (MHz)
Itinéris /SFR/bouygues
890 915
Bouygues
1710 1725
880
sncf
876
Itinéris /SFR
1755

79
– 4. Synthèse

80
– A) Méthodes d ’accès multiples
n 1 bande globale : W ; C=Rs x Nb ; Nb=f(SNR)
– théorique C=2xW (2porteuses, 1 bit/porteuse)
– pratique : W=1,6Rs; C=2/1,6 x W=1,25xW.
• BER~10-4 =>Eb/No=8dB; SNR=9dB.
n On veut partager ce débit global :
– choix parmi : FDMA, TDMA, FTDMA (GSM) ou CDMA
(IS-95, UMTS).
n Critères :
– Maximiser l’utilisation des ressources (bits/s/hertz)
– Gérer le niveau d’interférences
III-2.Accès multiples

81
– FDMA
t
f
P
∆f
T

82
– TDMA
t
f
P
BP
∆t

83
– F-TDMA
t
f
P
∆f
∆t

84
– CDMA
t
f
P
BP
Τ

85
– B) FDMA
(Frequency Division Multiple Access)
n découpage de la bande de fréquences en plusieurs
porteuses (1 porteuse par canal).
n avantage : simplicité, proche d ’un système
analogique (radiocom2000).
n Inconvénient majeur : faible utilisation spectrale ou
interférences élevées.

86
n Efficacité théorique
W
C=2.W
….
W
C=Nc x C ’=2.W
Nc=W/W’
Même capacité théorique dans les 2 cas

87
n Efficacité réelle
W
C=1,25.W
W
C=Nc x 1,25W’
Nc>W/W’
W
Nc<W/W’

88
– Conclusion sur du FDMA ‘pur’
n taux d ’interférences important entre porteuses
voisines.
n difficile de faire une planification des fréquences
avec un grand nombre de porteuses.
n mauvaise efficacité d’utilisation du spectre.

89
– C) TDMA (Time Division Multiple Access)
n découpage du canal fréquentiel en trames (et slots)
n avantage : 1 seule porteuse, simplifie la partie RF.
n Inconvénients :
– synchronisation temporelle fine
– étalement temporel, délais (mobiles à distance différente).

90
n Efficacité théorique
T
C=2.W
….
T
C=Nc x C ’=2.W
Nc=T/Tc
Même capacité théorique dans les 2 cas

91
n Efficacité réelle
T
C=1,25.W
C=Nc x Ci<1,25W
T
Nc<T/Ts
Ci=CxTs/T

92
– Conclusion sur du TDMA ‘pur’
n Nécessité d ’un temps d ’attente entre slots
– synchronisation
– étalement temporels (échos multiples)
– montée en puissance
n délais constants donc plus la durée slot est courte,
plus l’efficacité est faible

93
– D) FTDMA (TDMA)
n Le GSM est un système FTDMA, mais couramment
appelé TDMA
n Définition de canaux fréquentiels à débit largement
supérieur au débit d’une voie.
n Répartition de porteuses par cellule.
n Répartition dans le temps: trames et slots
n applications : GSM, DECT.

94
n Regroupement de voies : multiplexage temporel
– augmentation de la cadence d’émission
– si synchronisés : pas d ’interférences entre voies.
– Facile sur lien descendant
– Problème en lien montant (intervalle de garde, ou paramètre
TA, contrôle de puissance)
t

95
t
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
Trame
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
1 canal en fréquence = 1 porteuse = 1 fréquence
1 canal physique = 1 slot par trame
1 canal logique = n canaux physiques (ex n=1; n=0,5; n=4,…)

96
n sur lien descendant : facile
– pas de problème particulier car 1 seule source
– il faut juste synchroniser les récepteurs

97
n sur lien montant : plus difficile
– problème de synchronisation
– problèmes de puissance

98
da/c
db/c
A
B
Station
de base

99
– E) Exemple : GSM
n largeur totale : 25MHz. Ctheo=50Mb/sec
n canaux fréquentiels : 124c, 200kHz; 271kb/sec
n trames de 8 slots
Slot 1 Slot 2 ... Slot i ... Slot 8 Slot 1 ...
trame
burst 546µs
577µs
Données : 58b Données 58b

100
– Capacité réelle
n Débit 1 canal logique 116bit/trame
n Débit 1 canal fréquentiel : 8x116bit/trame
n Débit réel : Di=116/577.10-6~200kb/s
n Capacité globale : 124x200kb/s = 24,8Mb/s
– à comparer à Ctheo=50Mb/sec
n efficacité spectrale : η~1 b/s/Hz

101
– F) CDMA (Code Division Multiple Access)
n L’UMTS est un système W-CDMA
n Définition de canaux fréquentiels à débit largement
supérieur au débit d’une voie.
n Répartition de porteuses par cellule.
n Répartition dans le temps: trames et slots
n applications : GSM, DECT.

102
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
le codeur CNA
b(t)
osc.
ak
sRF(t)
c(t)
bs(t)
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1

103
le décodeur
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
0
1
b(t)
c(t)
bs(t)
osc.
âk
∫
T
dt
0

104
Recherche du maximum de corrélation

105
n Propriétés du décodeur simple.
n Sélection du code : connu a-priori ou recherché.
n Synchronisation du code : matching filter.
n Synchronisation de phase : le phaseur utilise une séquence
connue (pilote).
– Toutes ces opérations se font en quasi-temps réel :
n Matching filter : filtre RIF.
n Corrélateur : produit instantané.
n Phaseur : produit instantané.

106
– Paramètres du CDMA
n Gain d ’étalement : rapport entre Tc (durée chip) et
durée symbole.
n Capacité théorique = au système de référence
n trouver des codes faiblement corrélés :
– taux de corrélation
n Avec des codes corrélés (grand nombre), il subsiste
une corrélation, i.e. plus on utilise de code plus le
niveau de bruit augmente

107
– 4. Synthèse

20/05/2007 108
n Le débit global
n Le débit réel utile en point à point
n quelques configurations ‘types’
III-2.CSMA/CA : 802.11b

109
n Bande de fréquences ISM
– découpage en bandes de fréquences :
2
,
4
0
2
G
H
z
2
,
4
0
3
G
H
z
2
,
4
0
4
G
H
z
2
,
4
0
5
G
H
z
2
,
4
5
4
G
H
z
2
,
4
5
5
G
H
z
2
,
4
8
0
G
H
z
80 MHz

110
n Bande de fréquences
n la BF permet de connaître le débit max en vitesse
«symboles» :
-Rs/2 0 Rs/2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
fréquence
amplitudes

111
n Le SNR
– le nombre de bits par symbole dépend du SNR.
Bruit récepteur

112
n Les caractéristiques de 802.11
– 1 canal = 1.1 à 2.2Mb/s
– attention aux recouvrements entre canaux
2
,
4
0
2
G
H
z
2
,
4
0
3
G
H
z
2
,
4
0
4
G
H
z
2
,
4
0
5
G
H
z

113
n Le DS-SS (étalement de spectre)
– problème des chemins multiples (fading)

114
n Le DS-SS
– principe
-33-22-11 0 11 22 33
0,01
0,1
1
10
01001000111
Séquence de Barker MHz

115
n Le DS-SS
– conséquences : diminution du nombre de canaux
2
,
4
7
2
G
H
z
13
12
2
,
4
6
7
G
H
z
9
8
2
,
4
5
2
G
H
z
2
,
4
4
7
G
H
z
2
1
2
,
4
1
7
G
H
z
2
,
4
1
2
G
H
z
partiellement
interdits en France =>nov.2002
puiss. limitée à 10mW
Pémission = 100mW
(indoor)

116
n Le DS-SS
13
12
9 11
10
Occupation spectrale

117
n IEEE 802.11b
– 1 ou 2Mb/s : 1Ms/sec; BPSK/QPSK
n 11 chips (Barker)
n plus robuste que 802.11
– 5,5 ou 11 Mb/s : 1,375Ms/sec, QPSK
n 8 chips (CCK)
n meilleur débit que 802.11 pour même couverture

118
n « throughput » (capacité)
– le débit annoncé est égal au débit de tous les bits à
transmettre
– le débit réel (ou utile) est le débit dont l’utilisateur
dispose réellement
– entêtes et paquets de contrôle
– erreurs et retransmission

119
n Poids des entêtes
IEEE802.11b Ethernet

121
AP
Carte A
Canal
indifférent
Slot B
vide
1 point d'accès muni
d'une seule carte :
Débit réel mesuré :
2,4 Mbit/s
CSMA : accès partagé

122
1 point d'accès muni de
2 cartes :
même canal
3,5 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
10
Réseau
1
Canal
10
Ce n’est plus le même
canal logique,
mais même canal physique

123
2 cartes :
canaux 10 et 11
1,7 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
11
Réseau
1
Canal
10
Brouillage entre canaux

124
2 cartes :
canaux 10 et 12
2,2 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
12
Réseau
1
Canal
10
Brouillage entre canaux

125
2 cartes :
canaux 10 et 13
3,8 Mbit/s
AP
Carte
B
Carte
A
Réseau
2
Canal
13
Réseau
1
Canal
10
Indépendance des canaux

126
– 4. Quantifier les interférences
n ou compromis efficacité / performances
– 5. Synthèse

127
– Le partage des ressources permet :
n de partager le spectre radio.
n Ceci se fait au détriment d ’une perte de débit
global, qui doit être minimisé
n En fréquence, limiter la largeur des spectres
n En temps, synchroniser le système, et limiter les
temps « perdus ».
n Par codes, approche plus souple car l ’évolution du
SIR est progressive, mais risques de débordements.

128
Plan général

129
– 1. Dimensionnement
– 2. Planification
– 3. Dimensionnement-planification conjointe
IV- Ingénierie cellulaire

130
n A) Estimation des ressources nécessaires (trafic)
– Taux d ’appel µ, durée d ’appel moyen (H)
n intensité de trafic par utilisateur : en Erlang : Au=µ.H
– Densité de population : dh (hab/km2)
n densité de trafic souhaité : A=dh. Au (erlang/km2)
n (faible : 1 erlang, moyenne : 10 erlang, forte : 50 erlang)
– Surface couverte : S
n trafic à assurer : Atot=A.S (en erlang)
– Taux de blocage : % appels bloqués (~2%)
le taux de blocage dépend du nombre de canaux et du trafic.
i.e. le nombre de canaux requis dépend du trafic souhaité
(densité.surface) et du taux de blocage requis.
IV-1. Dimensionnement

131
∑
=
= C
N
n
n
C
Nc
tot
c
n
A
N
A
P
0 !
1
!
1
Les lois d ’Erlang Etude du taux d'erreur en fonction du nombre de canaux fréquences
1 10 100
0.1
1
10
100
Trafic demandé (
Erlang
)
taux
de
blocage
(%)
2
3
4
5
6
7
8

132
Estimation du nombre de canaux voix
Nb fréquences 1 2 3 4 5 6 7 8
Canaux
physiques
0 8 16 24 32 40 48 56
Nb TCH 0 7 14 21 28 35 42 49
NC=fix(8.(Nf-1)/(1+1/8))

133
n B) Capacité cellulaire
n Système avec S canaux
n Canaux alloué à un cluster de N cellules
– k canaux par cellule
n Un motif utilise les S=kN canaux
n Motif répété M fois
n Capacité du réseau C=MkN
– Réduire la taille N du cluster, augmente capacité
– Réduire la surface de la cellule, augmente M et donc la capacité

134
n limite pour une cellule isolée :
– la capacité théorique est limitée par le nombre de
porteuses que l ’on peut lui attribuer (indépendamment du
bruit de voisinage) :
– quelques problèmes
n au mieux 1 fréquence sur 2 (interférences canaux adjacents)
n problèmes de compatibilité : maximum = 8 porteuses
– c ’est une limité intrinsèquement liée à la technique GSM.
n Capacité max : 8 porteuses : 50 canaux voix

135
n limite pour un groupement de cellules:
– la capacité est limitée par le facteur de réutilisation :
– contrainte majeure :
n les interférences réduisent le nombre de codes disponibles
n Exemple : avec un facteur de réutilisation de 9 (8porteuses/cell),
il faut 72 porteuses, soit ~14,4MHz.
n L ’efficacité spectrale par cellule est de :
13kbit/s par utilisateur (450 par motif), soit : η=0.045 bit/Hz
Pour augmenter la capacité, il faut réduire les interférences, pour diminuer le
facteur de réutilisation permettant alors d’avoir des motifs plus petits.

136
– 1. Dimensionnement
IV- Ingénierie cellulaire

137
Antennes omnidirectionnelles,
espace libre
Modèle
hexagonal
n
r
d
d
P
P −
= )
(
0
0
IV-2. Planification

138
Pavage hexagonal
IV-2. Planification

139
Clusterisation
IV-2. Planification

140
n Interférence co-canal
n Cellules utilisant le même ensemble de fréquences (ou
temps ou codes)
n rem :impossible de réduire ces interférences en
augmentant la puissance d’émission
∑
=
= 0
i
1
i
i
I
C
I
C
Puissance de la cellule co-canal i
IV-2. Planification

141
n La norme GSM défini des rapports de protection
entre canaux adjacents
Interférences co-canal (fo) C/Ic 9dB
Interférences 1er canal adjacent C/Ia1 -9dB
Interférences 2ième canal adjacent C/Ia1 -41dB
Interférences 3ième canal adjacent C/Ia1 -49dB
Impossible d’utiliser 2 fréquences adjacentes sur la même cellule
en GSM.
Non recommandé pour des fréquences à n+2
Au-delà, négligé la plupart du temps
ACIP : Adjacent Chanel Interference Protection
IV-2. Planification

142
Cellules co-canal
IV-2. Planification

143
– Puissance moyenne reçue
n n est le facteur d’atténuation
n
r
d
d
P
P −
= )
(
0
0
∑
=
−
−
= 0
1
)
(
i
i
n
i
n
D
R
I
C
Estimation du C/I, pire cas :
IV-2. Planification

144
n Facteur de réutilisation (de canal)
n Facteur Q=D/R
n Géométrie hexagonale
– 6 cellules co-canal
– N=i2+ij+j2
1 2 3 4
1 3 7 13 21
2 7 12 19 28
3 13 19 27 37
4 21 28 37 48
IV-2. Planification

145
Exemple : motif à 12 cellules
IV-2. Planification

146
– Facteur de réutilisation co-canal (cellules de
même taille)
n n est le facteur d’atténuation
en milieu urbain n=2 à 4
6
)
3
(
)
/
(
0
n
n
N
i
R
D
I
C
=
=
N 1 3 4 7 9 12 13 19
n=3 C/I -0.6 6,5 8,4 12 13,6 15,5 16 18,5
n=4 C/I 1,75 11 13,8 18,7 20,8 23,3 24 27,3
Rem : marge de 3dB implique N=7 pour n=3
N
R
D
Q 3
=
=
IV-2. Planification

147
– Augmentation de la capacité
méthodes classiques :
n Contrôle de puissance
n Sectorisation
– Utilisation d’antennes directives
n Reuse partitionning
– Superposer deux schémas cellulaires
n Division cellulaire
IV-2. Planification

148
– Saut de fréquence
n lutter contre les évanouissements (fast fading)
trame n-1 trame n trame n+1
t
f
Voix balise
(diversité en fréquence sans redondance)
IV-2. Planification

149
– Contrôle de puissance
– sur lien descendant
Privilégierait les mobiles
distants
IV-2. Planification

150
n sur lien montant
– réduit les interférences
– contrôle de puissance et ‘time advance’
IV-2. Planification

151
Chaque mobile estime le temps
de trajet entre lui et la station de
base et la puissance nécessaire
Émission avancée
IV-2. Planification

152
– 1. Dimensionnement (modèle théo)
n lois d ’Erlang, trafic, taux d ’erreur
n nombre de canaux.
n Modèle hexag
n cas du GSM : détailler les canaux (service + voies)
n modèle théo : hexag. : nbre de canaux, facteur de réutilisation, SNR
,influence du paramètre n, …
n approche exp : utilisation de la notion de voisines, méthodes : graphes,
recherche op (heuristiques : recuit, gradient, Tabou, …)
n déterminer simultanément les positions et paramètres des antennes, et la
répartition des fréq.
IV-2. Planification

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